Laser und Detektor in einem
Die Studie
„Remote Sensing with Commutable Monolithic Laser and Detector“, Photonics, 5.10.2016
Der Sensor beruht auf sogenannten Quantenkaskadenlasern. Diese bestehen aus maßgeschneiderten Schichten unterschiedlicher Materialien im Nanometerbereich und emittieren Laserlicht in verschiedenen Wellenlängen. Durch die Abfolge der Schichten kann man Eigenschaften des Lasers gezielt steuern, wie etwa die Wellenlänge seines Lichts.
Durch die besonderen geometrischen Eigenschaften von den Forschern um Rolf Szedlak vom Institut für Festkörperelektronik der Technischen Universität (TU) Wien entwickelte Quantenkaskadenlasers - er ist ringförmig und hat einen Durchmesser von weniger als einem halben Millimeter - wird nur Licht einer ganz bestimmten, wohldefinierten Wellenlänge im Infrarotbereich abgestrahlt.
Infrarot-„Fingerabdruck“
Das sei für die chemische Analyse optimal, da viele Gase nur ganz bestimmte Anteile des Infrarotlichts absorbieren, wie Bernhard Lendl vom TU-Institut für Chemische Technologien und Analytik in einer Aussendung erklärt. Durch diesen individuellen Infrarot-„Fingerabdruck“ könne man ein Gas daher zuverlässig detektieren.
TU Wien
Versuchsaufbau: Der Laser (rechts) sendet sein Licht durch einen Testbehälter, danach wird es von einem Spiegel (links) reflektiert und gelangt zurück.
Indem sie zwei konzentrische Quantenkaskaden-Ringe ineinander gepackt haben, konnten die Forscher Laser und Detektor in einem bauen. Je nach Betriebsmodus können beide Ringe sowohl Licht aussenden, als auch das vom jeweiligen Gas-„Fingerabdruck“ entsprechend veränderte Licht detektieren - und zwar bei zwei leicht unterschiedlichen Wellenlängen.
Durch die Vereinigung von Laser und Detektor könnten zukünftig extrem kompakte Sensoren gebaut werden. Wenn man mehrere solcher Mikro-Sensoren auf einem einzigen Chip unterbringe könne man auch mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängen gleichzeitig arbeiten, erklärte Gottfried Strasser, Leiter des Zentrums für Mikro- und Nanostrukturen an der TU Wien, und verweist auf zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, etwa in der Umweltanalytik oder Medizin.
science.ORF.at/APA